Evaluation of different mobile map displays for geographic

orientation tasks

· Head-Mounted Display · Workload · Simulator Sickness · Visual Fatigue · Secondary Task

Summary

Practical relevance

For geographic orientation civilian and military forces use more

and more mobile electronic map displays, while it is still not clear, which are suited best for this purpose. In the following experiment three map displays were compared in an extended geographic orientation task. Subjects had to cross a simulated virtual urban environment consisting of an interactive 3D scenario projected on a screen in front of them. With a joystick the direction and speed of locomotion could be controlled. The 2D maps showing the path which had to be followed were presented on a monocular head-mounted LCD-display (HMD), a monocular head-mounted virtual retinal-display with laser technology (RD) or on a hand-held LCD-display (HHD). The

HMD and the HHD were polychrome, whereas the RD was monochrome red. On all maps the actual position in the city was indicated by a moving dot. The dependent variable was time to complete the task (about 1.2 hours on average).

Furthermore, peripheral attention was measured with a

secondary task in which subjects had to detect digits in the periphery of the visual simulation. Reaction times as well as percentage of errors, hits, and omissions were measured as dependent variables. Primary and secondary task performance was assumed to be higher with the HMD and RD as all relevant information is permanently present in the visual field, whereas the HHD requires extensive eye and head movements. Workload was registered with the NASA Task Load Index (Hart & Staveland, 1988). As simulator sickness might be a problem with HMDs, the Simulator Sickness Questionnaire (SSQ) of Kennedy et al. (1993) was also utilized, registering

Nausea, occulomotor symptoms and Disorientation as well as total simulator sickness. Furthermore, the Visual Fatigue Questionnaire (VFQ) of Bangor (2000) was completed by the subjects. The SSQ and VFQ were administered before and after the experiment, so that difference scores could be computed. Finally, subjects also completed a questionnaire addressing experience with PCs, video games and joysticks. These data were correlated with the experimental results.

Practical Relevance

48 male subjects (mostly students) were randomly assigned

to three independent experimental groups (HMD,HHD, RD). Data analysis was based on single factor ANOVAs (between factor=display with three levels: HMD, HHD, RD).

Although no significant differences between the displays

could be found, a series of trends was observed, which are

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Probleme hinsichtlich der geografischen Orientierung können bei allen Arten von Navigationsaufgaben und in den verschiedensten Umgebungen auftreten: in unbewohnten Gebieten, Städten, großen Gebäudekomplexen wie Flughäfen, Fabrikanlagen usw. Vorteile bieten dann mobile elektronische Displays mit Karten, die auch die eigene Position anzeigen. Ist z. B. eine rasche Orientierung notwendig, die gleichzeitig die Beachtung von kritischen Reizen in der Außensicht erforderlich macht, könnte ein Head-Mounted Display (HMD), das die Karte auf einem Miniaturdisplay direkt vor dem Auge abbildet, vorteilhaft sein. Allerdings ist es bisher empirisch nicht geklärt, welche Art von elektronischen Displays sich für solche geografische Orientierungsaufgaben am besten eignen.

Zur Beantwortung der Fragestellung

sollten deshalb in der vorliegenden Untersuchung verschiedene Arten von mobilen elektronischen Displays bei der geografischen Orientierung im Hinblick auf objektive Variablen (Leistung) und subjektive Variablen (Beanspruchung, Simulatorkrankheit, visuelle Ermüdung) verglichen werden.

Bereits aufgrund der technischen

Merkmale lassen sich einige Vor- und Rash et al. (2002), die dazu eine Befra-

Nachteile der einzelnen Displayarten bei der Verwendung für geografische Orientierungsaufgaben aufzeigen. So können Landkarten u. a. auf Hand-Held Displays (HHDs) und auf HMDs abgebildet werden. Bei HMDs sind im Vergleich zu HHDs kürzere Augenbewegungen und keine Kopfbewegungen zwischen Sicht und Karte er-forderlich, was bei zeitkritischen Aufgaben (z. B. Flugzeugbewegungen auf dem Rollfeld mit Hilfe von Karten) von Vorteil sein kann. Die Aufmerksamkeit muss bei HMDs also nicht zwischen zwei Bereichen geteilt werden. Allerdings kann die Information im HMD die Außensicht auch teilweise verdecken, so dass Objekte u.U. übersehen werden, wenn keine Kopfbewegungen durchgeführt werden.

Flüssigkristall (LCD)-Displays differieren z. B. hinsichtlich der Größe des Sek-tors um den Bildschirm, in dem die In-

Bewertungmobiler Displays zur Darstellung von Karten für geografische Orientierungsaufgaben 237 (61) 2007/4 Z. ARB. WISS.

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Aufgabe zunächst trainiert.

Leistungsunterschiede zwischen drei HMDs und einem Standardmonitor konnte Kooi (1997) bei einer Lese- und einer Akkommodationsaufgabe feststellen. In beiden Aufgaben wurden mit jektor: Projection Design F1). Die Ent-

dem Standardmonitor die besten Ergebnisse erzielt.

Im Gegensatz zu anderen Untersuchungen wurden in der geografischen Orientierungsaufgabe von Pfendler (2005) keine signifikanten Unterschiede zwischen den HMDs und dem HHD in Bezug auf die Simulatorkrankheit fest-Als abhängige Variable für die Leistung

gestellt. Grund dafür könnte die relativ kurze Versuchsdauer gewesen sein, weshalb diese im vorliegenden Versuch verlängert wurde. Davon abgesehen wurden im vorliegenden Versuch die den war.

selben Displays wie im vorausgegangenen Versuch verwendet (HMD, HHD, RD). Papierkarten wurde nicht in die Untersuchung mit einbezogen, da

2 Methode 2.3 Displays sich diese eindeutig als weniger geeignet erwiesen hatten. Zur Messung der 2.1 Stichprobe displayspezifischen Auswirkungen Die Art der Displays zur Darstellung wurden wie im vorherigen Experiment der Karten war die einzige unabhängi-

die Leistung, Beanspruchung, Symptome der Simulatorkrankheit und die visuelle Ermüdung erfasst. Zusätzlich wurde eine Nebenaufgabe verwendet, die die periphere Aufmerksamkeit in der Außensicht messen sollte. Beim HMD und RD wurde eine höhere Leistung in dieser Variablen als beim HHD erwartet (siehe unten). Folgende Hypothesen wurden formuliert:

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